CN106456274A - 检测不受控制的移动 - Google Patents

Abstract

一种远程操作的手术系统，其包括部件诸如经配置用于手动操纵的主控制器或多接合处机械系统，以及经配置以分析该部件的移动并检测该部件的不受控制的移动的检测模块。不受控制的移动可以通过检测仅有在重力能够移动的接合处上的移动，但是在不受到重力引起的移动的接合处上没有移动来识别。响应于检测到部件的不受控制的移动，检测模块能够使该系统切换到安全操作模式。

Description

检测不受控制的移动

相关申请

本专利申请要求于2014年8月12日提交的题为“DETECTING UNCONTROLLEDMOVEMENT(检测不受控制的移动)”的美国临时专利申请62/036,298的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

远程操作或计算机辅助的医疗系统通常采用主控制器，医生或其它医务人员可使用该主控制器以控制致动的从属医疗仪器。医疗仪器可以例如包括工具诸如解剖刀、镊子或烧灼工具，并且外科医生可以操作类似于操纵杆的主控制器以向控制系统提供控制信号。然后该控制系统可将控制信号转换成驱动致动器以移动仪器，例如切割、夹紧或烧灼患者组织的致动信号，以便该工具移动遵循主控制器移动。此类系统的一个潜在的关注是主控制器的无意的或不受控制的移动，因为如果主控制器的不受控制的移动引起与患者组织相互作用的工具的不受控制的操作，则患者可能受伤。可训练外科医生以避免其中可能发生不受控制的移动的情况，但是可以期望另外的技术或故障保护以防止不受控制的移动。

减少主控制器的不受控制的移动的机会的一种方式是限制主控制器的机械部件的移动。例如，主控制器可以被平衡或被主动驱动，使得重力不会引起主控制器偏离医生可将主控制器留在的任何位置。用于减少仪器的不受控制的移动的机会的其它方式可以使用将主控制器与仪器分离的“锁定”模式，使得在该锁定模式中，主控制器的移动不引起仪器的相应移动。当医生不在使用主控制器的适当位置时，该锁定模式可以被自动激活。具体地，该系统可以默认为锁定模式，除非传感器检测到医生处于使用该系统的适当位置，其包括例如处于观察该医疗仪器的末端执行器的任何移动的位置。然而，在医生使医疗系统脱离该锁定模式之后，医生可以释放主控制器，同时保持在使用医疗仪器的位置。在此类情况下释放主控制器可以产生主控制器移动而没有医生输入的风险，导致医疗仪器的不受控制的移动。例如，主控制器中的重力补偿可能是不完美的，或者当医生处于使用该仪器的位置并且该仪器不处于锁定模式时，医生的膝盖或手可能意外碰撞主控制器。

发明内容

根据本发明的一个方面，用于医疗系统的控制模块或控制过程可评估用于主控制器的多个轴线的控制信号之间的关系，以评估控制信号之间的关系并检测主控制器是否正自主地移动。当检测到自主移动时，该医疗系统可以被置于锁定模式中，其中主控制器的移动与仪器的移动脱离/解耦，或者其中主控制器的一个或更多个轴线被锁定在它们的当前位置。自主移动检测还可以提供系统故障的二次缓解，诸如断开的主控制器平衡或者错误的主控制器或错误的工具位置传感器，如果主系统故障缓解没有快速检测到故障，则可以将主控制器从医生的手中拉出。

本发明的一个具体实施例是使用机器人技术的远程操作医疗系统。该系统可以包括部件诸如可以经配置用于手动操作的主设备的部件或从设备的部件。该设备产生指示部件的多个移动自由度的移动的信号。检测模块可经配置以分析来自部件的信号并基于该分析来检测不受控制的移动。当检测到不受控制的移动时，该系统响应于检测到部件的不受控制的移动而从操作模式切换到安全模式。

本发明的另一个具体实施例是一种用于控制远程操作的医疗系统的方法。该方法可以包括：当所述部件经配置用于手动移动时，测量机器人医疗系统的部件的多个自由度；分析该自由度的移动以识别部件的不受控制的移动；以及响应于检测到不安全的不受控制的移动而将该机器人医疗系统切换到安全模式。

附图说明

图1示出了能够检测主控制器的自主或其它非预期移动的医疗系统的一个实施方案的俯视图。

图2示意性地示出了可以形成医疗系统中的从设备的一部分的机器人臂的实施方案。

图3示出了可以形成医疗系统中的从设备的一部分的仪器的远端处的末端执行器的实施方案。

图4示出了外科医生通过其可以控制医疗系统的包括主控制器的外科医生控制台的实施方案。

图5示意性地示出了可使用一只手操纵以控制从设备的多个自由度的主控制器的实施方案的一部分。

图6是用于操作医疗系统和检测不受控制的移动的过程的一个实施方案的流程图。

图7A和图7B是用于操作医疗系统和检测医疗系统的手动操作部件的不受控制的运动的过程的一些其它实施方案的流程图。

图8是包括检测自主或非预期移动的医疗系统的实施方案的框图。

附图示出了用于解释的目的而不是本发明本身的目的的示例。在不同的附图中使用相同的附图标记表示相似的或相同的项目。

具体实施方式

用于解释医疗系统的多接合处部件的手动操纵的控制系统或过程可监测接合处(joint)中的独立移动，以将可能由用户控制的部件的移动与可能不受控制的部件的移动区分开。例如，用于远程操作医疗系统的主控制器的每个接合处或机械自由度可以被分类为重力接合处或非重力接合处中任一者。重力接合处可以是使得重力可以使接合处移动的接合处，如果该移动不是例如与医生的手相对的话。非重力接合处可以是使得重力将不会使接合处移动的接合处。主控制器中的大多数接合处可以是重力接合处，但是一些接合处，诸如控制工具辊或工具柄的接合处可以是非重力接合处。在正常操作下，用户手动操纵医疗系统的主控制器或其它多接合处部件可以导致所有接合处的移动。然而，如果只有重力接合处移动而没有非重力接合处的运动，则控制系统或过程可以确定部件响应于重力在没有用户引导的情况下移动。可以使用接合处的移动之间更复杂的关系来类似地检测其它类型的不受控制的移动，例如由多接合处部件的意外碰撞引起的移动。

图1示出了机器人医疗系统100，诸如由直观外科公司(Intuitive Surgical，Inc)商业化的da手术系统(如本文所使用的，术语“机器人的”或“机器人地”以及类似表述包括远程手术或远程机器人方面)。此类医疗系统允许操作者至少部分地在计算机(与存储器联接的算术或逻辑单元)的帮助下移动手术工具。系统100包括患者侧推车110、外科医生控制台120和辅助设备推车130。患者侧推车110包括多个机器人臂112。子系统诸如可互换仪器114和照相机116可以安装在臂112上。在医疗手术期间，可以是臂112的一部分的套管或其它引导管可以通过患者体内的小切口插入，以将仪器114的远端引导到患者体内的工作部位。替代地，可以借助于或不借助于套管经由自然孔口引入仪器的一部分。可以作为外科工具操作的末端执行器，诸如手术刀、镊子、针驱动器、牵开器、烧灼器或其它设备，通常位于每个仪器114的远端处，并且可以在工作部位处执行的医疗过程期间使用。

外科医生控制台120提供医生或其它用户可采用以控制臂112、仪器114和照相机116的移动的控制接口。具体地，外科医生控制台120可以包括立体观察器，其在照相机116的远侧末端前面的空间中呈现深度的感觉，以及用户可操纵以控制患者侧推车110并且具体地使用在仪器114的远端的末端执行器的各种按钮、开关、按键、脚踏板、操纵杆或类似设备。

辅助设备推车130可以控制外科医生控制台130和患者侧推车110之间的通信。具体地，推车130可以包括具有合适的接口硬件、处理能力、存储器和软件的计算机系统，以从外科医生控制台120接收控制信号并且以产生被发送到患者侧推车110的致动信号。在一个具体实施方案中，推车130包括用于集成系统的中央处理硬件，其包括对系统故障的反应和消息传递的显示，并且外科医生控制台120包含处理硬件，其包括硬件，该硬件执行用于检测用户操作的控制器的不受控制的移动的指令。替代地，用于医疗系统诸如系统100的处理或其它控制硬件可以位于患者侧推车110、外科医生控制台120、辅助设备推车130或其它地方。

在形成外科医生控制台120的全部或部分的主设备的控制下，患者侧推车110的全部或部分可以被认为是从设备。为了示出从设备的一个示例，图2A示意性地示出了图1的机器人臂112中的一个的下臂部分200的实施方案。在所示实施例中的臂200包括一系列伺服机构210、伺服机构220、伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270，伺服机构中的每个提供臂200的移动的受控自由度。每个伺服机构210、伺服机构220、伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260或伺服机构270通常包括驱动马达或其它致动器，其通过沿伺服机构的运动自由度移动伺服机构来响应致动信号。每个伺服机构210、伺服机构220、伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260或伺服机构270进一步可以包括感测系统，其产生指示与伺服机构的自由度相关联的位置或坐标的测量信号，并且该测量信号可以用于反馈回路，其控制伺服机构210、伺服机构220、伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270的位置。

在所示实施例中，伺服机构210可以安装在患者侧推车110上，并且具体地安装在控制伺服机构210的姿势的臂112的上部上。响应于相关联的致动信号，伺服机构210可围绕轴线215旋转臂200的远侧部分，该远侧部分包括仪器114以及伺服机构220、伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270。伺服机构220安装在伺服机构210上并且包括致动器或马达，其响应于相关联的致动信号围绕垂直于轴线215的轴线225旋转臂200的远侧部分，该远侧部分包括伺服机构230、伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270。伺服机构230安装在伺服机构220上并且包括致动器或马达，其响应于相关联的致动信号围绕垂直于轴线225的轴线235旋转臂200的远侧部分，该远侧部分包括伺服机构240、伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270。伺服机构240安装在伺服机构230上并且包括致动器或马达，其响应于相关联的致动信号围绕垂直于轴线235的轴线245旋转臂200的远侧部分，该远侧部分包括伺服机构250、伺服机构260和伺服机构270。伺服机构250安装在伺服机构240上并且包括致动器或马达，其响应于相关联的致动信号围绕垂直于轴线245的轴线255旋转臂200的远侧部分，该远侧部分包括伺服机构260和伺服机构270。伺服机构260安装在伺服机构250上并且包括致动器或马达，其响应于相关联的致动信号围绕垂直于轴线255的轴线265旋转伺服机构270。伺服机构270包括用于仪器114的对接端口，并且可以包括用于沿着插入方向275移动仪器114的致动滑块。

仪器114通常提供从设备的运动的进一步的自由度，该从设备可以使用伺服机构270的对接端口中的驱动马达或其它致动器来致动。例如，图3示出了仪器114作为镊子操作的实施方案中的末端执行器300。在所示的实施例中，末端执行器300位于仪器114的主管310的远端处，并且包括安装在主管310的远端上的近侧连接叉320，可旋转地安装在近侧连接叉320上的远侧连接叉330，以及可旋转地安装在远侧连接叉330上的夹具342和夹具344。末端执行器300的该特定实施例的自由度可以被区分为远侧连接叉330围绕对应于近侧连接叉320中的销的轴线325的旋转，夹具342和夹具344作为单元围绕对应于远侧连接叉330中的销的轴线335的旋转，以及夹具342和夹具344的角度间隔345。末端执行器300的每个自由度可使用线束，例如，缆线(未示出)控制，该线束被机械地联接到机械元件330、机械元件342和机械元件344中的一个或更多个，并且通过主管310向后延伸到仪器114的变速器或其它后端机构，该变速器或后端机构联接到臂112上的对接端口中的马达或其它致动器。

图2的臂200和图3的末端执行器300仅仅是可以形成从设备或医疗系统的部分的机械系统的示例，其可以如下面进一步描述而操作。更一般地，许多不同类型的机器人臂和医疗仪器是已知的或可以开发的，其可以用在检测医疗系统的不受控制的移动的医疗系统的从设备中。进一步地，医疗系统中的从设备可以包括其它类型的致动机械系统，诸如可操纵的导管或导液管，铰接的“蛇形”臂或柔性连杆。

图4示出了外科医生控制台120的示例性实施例的前视图。在所示的实施例中，外科医生控制台120包括观察口410、主控制器420和脚踏板430。

观察口410可以包括立体观察器412，其显示来自照相机探头的观察点的三维视图，并且可以用于在医疗过程期间观察工作部位。当使用外科医生控制台120时，医生或其它用户通常坐在外科医生控制台120前面的椅子中，将他的或她的头部定位在观察端口410中，眼睛在观察者412的前面并两手各抓握一个主控制器420，同时将他的或她的前臂搁置在支撑件422上。观察端口410可以包括传感器414，其感测用户的头部何时处于用于外科医生控制台120的适当位置。控制器420中的传感器或外科医生控制台120中的处理器可以产生响应于主控制器420的运动或指示主控制器420的配置的控制信号，并且控制信号可用于产生引起一个或更多个从设备，例如图1的一个或更多个臂112或仪器114的移动的致动信号。然而，作为安全特征，如果感测系统，例如，传感器414没有检测到用户处于适当使用外科医生控制台120的位置，则可以禁用或限制从设备的移动。

每个主控制器420具有用户可通过手的移动来操纵的多个运动自由度。在一个具体实施方案中，可用的自由度允许用户手动控制每个主控制器420的尖端424，并且具体地操纵：尖端424的位置，例如在有限体积内的x、y和z坐标；尖端424的定向，例如俯仰、偏航和滚动角度；以及用于尖端424的抓握角度和/或力。

图5示意性地示出了具有允许操纵控制尖端510的位置、定向和抓握角度的多个接合处的主控制器500的一个实施方案。控制尖端510包括抓握角度传感器550。例如，用户可以将手指插入可移动地安装在控制尖端510上的环中，并且传感器550可测量指环之间的分离514。尖端510可旋转地安装在连杆520上，使得构件520中的传感器551可测量控制尖端510围绕轴线512的旋转角度。尖端510围绕轴线512的旋转可以是尖端510的滚动角度。连杆520可旋转地安装在连杆530上，以允许传感器552测量连杆520围绕垂直于轴线512的轴线522的旋转。连杆530可旋转地安装在连杆540上，以允许传感器553测量连杆530围绕垂直于轴线522的轴线532的旋转。连杆540可以可旋转地安装，并且传感器554可测量连杆540围绕垂直于轴线532的轴线542的旋转。计算系统可从围绕轴线522、轴线532和轴线542的旋转角度的测量结果，以及连杆520、连杆530和连杆540的已知的尺寸和几何形状确定控制尖端510的位置、俯仰和偏转。在医疗过程期间，主控制器500的尖端510的位置、定向和抓握角度可以被映射到仪器或者其它从设备的远侧末端的对应位置、定向和抓握角度，并且控制系统可从指示尖端510的位置、定向和抓握角度的主控制器500接收控制信号，并且产生致动器的致动信号，其用于驱动从设备的远侧尖端的对应位置、定向和抓握角度。

图6是检测机器人医疗系统的部件的不受控制的移动的过程600的流程图。过程600开始于测量机器人医疗系统的手动操作部件的移动的块610的执行。该手动操作的部件通常具有多个运动自由度，并且在一个实施方案中，手动操作的部件是主控制器，诸如图5的主控制器500。移动测量610通常包括检测或测量坐标或者检测或测量部件的多个自由度的变化，例如，主控制器的多个接合处的当前旋转角的测量。

判定块620确定所测量的移动是否是不受控制的(或可能是不受控制的)。例如，如果在特定重力接合处或自由度上发生移动并且在非重力接合处上没有移动发生，则判定块620可以确定移动是不受控制的。具体地，主控制器的一些接合处可以被识别为重力接合处，并且主控制器的一些接合处可以被分类为非重力接合处。接合处的分类可以独立于主控制器的当前配置或取决于主控制器的当前配置。例如，只有当重力可在主控制器的当前配置中转移或移动接合处时，接合处才可以被分类为重力接合处。替代地，具有通过重力移动的可能性的任何接合处可被分类为重力接合处，即使重力不会使接合处在其当前姿势下转移。如果在其当前姿势重力不会转移接合处的情况下，则接合处可以被分类为非重力接合处，或者替代地，只有当重力不会在接合处的任何可能的配置中转移接合处时，接合处才可以被分类为非重力接合处。如果在至少一个非重力接合处上发生移动，则判定块620确定移动不是不受控制的，并且块630继续医疗系统的当前操作，例如驱动从设备跟随主控制器的移动。如果移动发生在一个或更多个重力接合处上但没有发生在非重力接合处上，则块620可以认为移动不受控制的，并且块640可改变医疗系统的操作模式，例如，将医疗系统转移到锁定模式，或以其它方式防止主机的移动或防止从机响应于主机的移动而移动。

过程600还可以应用于机器人系统中，其中用户正在操纵除主控制器之外的部件。例如，医疗系统诸如图1的系统100可以实施离合(clutch)模式。当从机的一部分，例如从臂112，没有被外科医生控制台120中的具有主控制器的闭合反馈回路控制，而是浮动或者以其它方式在空间中自由移动时，可以使用离合模式。离合模式可以允许用户诸如外科侧助手相对于患者手动操纵和重新定位臂112，或者直接对臂112进行某种其它临床适当的调节。当在离合模式中操作时，控制系统可以执行块610以测量臂112的多个自由度中的移动，并且判定块620可评估测量的移动之间的关系，以确定臂112的移动是否不受控制。只要移动被控制，离合模式和臂112的手动移动可通过块630继续。然而，如果从臂112具有受重力影响的一些自由度和不受重力影响的一些自由度，则判定步骤620可应用与上述相同的逻辑于臂112在离合模式下操作时确定用户是否手动控制臂112。如果重力轴线中的一些移动超过阈值但没有非重力轴线的对应运动，则块640可以拉动臂112离开离合模式并停止或限制进一步的手动移动。

图7A是过程700的流程图，过程700通过跟踪自从用户的最后明确的输入以来主机的尖端已经移动了多远，来检测主机的不受控制的移动。在该上下文中的明确的输入意味着所检测到的移动满足被接受为明确指示用户控制移动的条件。一般来说，确定移动是否被明确地控制可以取决于所使用的特定主控制器或部件。然而，如果主机使得主机的重力或碰撞不能够或不可能旋转图5的控制尖端510，则明确的输入的一个示例可以是包括尖端510的所测量的速度或滚动角度的变化的任何移动。如果测量间距指示用户将尖端510保持部分地闭合以抵抗复位弹簧力，则明确的输入的另一个示例可以是沿着控制轴线514的测量间距。更一般地，可由控制系统通过评估主控制器的自由度的位置、定向、速度或加速度之间的关系，特别是对于指示来自用户的手的输入的关系，在逻辑上或数学上识别明确的输入。

过程700开始于块710，其在主机的移动被识别为明确的输入时记录主机的尖端的位置。在块710中的尖端位置的记录最初可以在用户启动医疗系统的“跟随”模式时发生，在该模式中从机跟随主机的移动。在一段时间之后，块720测量主机的移动或新配置，例如对于图5的主机500，测量角度或确定分别与一个或更多个旋转轴线512、旋转轴线522、旋转轴线532和旋转轴线542相关联的角度的变化，或测量沿着轴线514的分离或分离的变化。

判定730确定刚刚测量的移动是否明确地指示控制，即对应于明确的输入。例如，滚动角度的变化，例如尖端510围绕轴线512的旋转角度的变化，可以指示受控移动或明确的输入。明确的输入还可以由测量的抓握指示，例如，沿着轴线514的分离指示外力正被施加到尖端510。明确的输入的其它指示是可能的。如果确定移动是明确的输入，则控制系统执行块732以产生致动信号，该致动信号使从机跟随主机的移动，并且通过执行块710记录用于最后明确的移动的新的尖端位置。

如果块730未能确定刚刚测量的尖端移动是明确的输入，则主机的移动可以或可以不在用户的控制下。然而，如果主机的尖端保持在安全范围内，则可以继续进行下面的操作。然后块740确定当尖端移动最后指示明确的输入时当前尖端位置和记录的尖端位置之间的差异，并且判定块750确定移动是否在安全范围内。如果差异在安全范围内，则控制系统执行块752以产生使从机跟随主机的移动的致动信号，并且在块720中测量主机的下一个移动。如果差异在安全范围外，则不允许从机跟随主机的移动，并且块760可以使医疗系统脱离跟随模式。当从跟随模式中脱离时，防止从机的移动直到用户重新建立跟随模式，并且可以指示用户执行有意的动作，诸如挤压夹具以便将医疗系统返回到跟随模式。

在判定步骤750中使用的安全范围通常可以取决于许多因素，诸如整个医疗系统的姿势或状态、当前正在控制的一个或更多个仪器的类型、主机的自由度被移动的一个或更多个仪器的当前姿势、外科医生的操作速度和工作部位的尺寸。在极端情况下，安全范围具有尺寸零，使得除非当主机的移动被确定为明确的输入时，否则不允许从机的移动。然而，即使当主机发生不受控制的移动时，例如，当用户暂时放开主机但主机不移动时，主机的不受控制的移动不一定是危险的情况。该安全范围可基于主机的末端已经线性地或旋转地(或组合的线性和旋转)行进多远而提供阈值，以用于检测不安全的不受控制的移动。因此用户可以能够在主机的不受控制的移动之后安全地恢复并继续跟随模式，而系统不进入安全模式，并因此不需要用户重新进入跟随模式。因此可以安全地避免重复展示主机的控制或以其它方式使医疗系统返回到跟随模式的耗时过程。

如上所述的过程700分析主机的移动，并且当主机的移动不受控制时限制从设备的移动。当可以手动操纵机器人医疗系统的其它部件时，也可采用类似的过程。例如，图7B是用于操作医疗系统并检测可能被手动操纵的从部件的不受控制的移动的过程705的流程图。例如，医疗系统可以将部件诸如机器人臂置于离合模式中，在该离合模式中，用户可以直接且手动地操纵该臂。过程705在块715中通过记录其中部件自由地被操纵(即，在离合模式中)并且明确地在用户控制下的配置而开始。可随后测量部件的移动(块715)，并且判定块730可确定该部件是否然后明确地在用户控制下。如果是，则部件可以保持在离合模式(块737)中，并且可以记录新的配置(块715)。如果判定块730确定该部件未被明确地控制，则块745可确定配置的改变，并且块750可评估该部件是否处于安全范围内。如果是，则部件可以保持在离合模式(块757)中。如果不是，则系统可退出部件的离合模式(块760)。

图8是根据本发明的实施例的主-从系统800的框图。系统800包括主设备810，人类用户可以操纵主设备810以便控制从设备890。在一个具体实施方案中，主设备810可以类似于或等同于图5的主控制器500，但是更一般地，主机810可以是具有多个移动自由度的任何类型的设备。主设备810产生指示其自由度的状态或改变的控制信号C1至控制信号Cx。

控制系统820接收控制信号C1至控制信号Cx并产生致动信号A1至致动信号Ay，其被发送到从机890。控制系统820可以是计算系统诸如通用计算机，并且可以包括常规部件诸如处理器822、存储器824以及用于与主设备810和从设备890通信的接口硬件826和接口硬件828。

在所示实施例中的控制系统820包括模式控制模块850、检测模块860、跟随模块870和离合模块880。如本文所使用的，术语“模块”是指硬件(例如，处理器诸如集成电路或其它电路系统)和软件(例如，机器或处理器可执行指令、命令或代码诸如固件、编程代码或目标代码)的组合。硬件和软件的组合仅包括硬件(即，没有软件元件的硬件元件)、在硬件处托管的软件(例如，存储在存储器处并由处理器或在处理器处执行或解释的软件)或硬件和在硬件处托管的软件。

模式控制模块850检测何时人类用户启动医疗系统的操作模式诸如跟随模式或离合模式，并且可以自动地切换操作模式，例如当检测模块860在医疗系统800中检测到潜在的不安全的不受控制的移动时。在跟随模式中，控制系统820使用跟随模块870，其接收控制信号C1至控制信号Cx并且产生使从设备890跟随主设备810的移动的致动信号A1至致动信号Ay。检测模块860可以同时监测控制信号C1至控制信号Cx并检测主机810的任何不安全的不受控制的移动。例如，在上述实施方案中，如果传感器414指示用户处于适当位置以使用主控制器420，并且控制信号指示操作者已经按下了抓握传感器并且旋转主控制器中的滚动传感器，则模式控制模块850可以激活跟随模式操作，并且如果检测模块指示主机810的不安全的不受控制的移动，则可以禁用跟随模式。

跟随模块870可以执行必要的计算以产生致动信号A1至致动信号An，该致动信号A1至致动信号An使从机890跟随主机810的移动，例如使得从机890的移动对应于主机810的移动的映射。可使用常规技术来实施跟随模块870。检测模块860可以实施图8的过程800，并且如果检测到主机810的不安全的不受控制的移动，则检测模块860可以通知模式控制模块850或直接防止跟随模块870产生移动从机890的致动信号A1至致动信号An。

离合模块880可用于系统800的离合模式。在离合模式中，主机810的一个或更多个自由度的移动对从机890的一个或更多个部件的移动没有影响。离合模式可以在从机890的一部分，例如从臂，未被具有主机810的闭合反馈回路控制，而是在空间中浮动并且可以被手动移动时使用。对于离合模式，离合模块880可以允许从机中的伺服系统空转或者可以产生致动信号A1至致动信号An，使得臂中的马达抵抗重力支撑臂的预期重量，但是臂中的制动不接合且反而允许臂的手动移动。离合模式可以允许外科侧辅助者相对于患者容易地操纵和重新定位臂或其它从部件，或者直接进行臂或从部件的一些其它临床上适当的调整。来自可以被用在跟随模式中的反馈回路控制中的从机890的传感器信号B1至传感器信号By可由检测模块860分析以检测从机890的不受控制的移动。如果信号B1至信号By的分析指示从机890的不受控制的或不安全的移动，则检测模块860或模式控制模块850可使系统800脱离离合模式，并且可以在从机890中施加制动以防止从机890的进一步手动的或不受控制的移动。

上述发明的一些实施例可在计算机可读介质中实施，例如非暂时性介质，诸如光盘或磁盘、存储卡或包含指令的其它固态存储装置，计算设备可执行该指令以执行本文描述的特定过程。此类介质可以进一步是或被包含在连接到提供数据和可执行指令的下载的网络(诸如因特网)的服务器或其它设备中。

虽然已经公开了特定的实施方案，但是这些实施方案仅仅是示例，并且不应被视为限制。所公开的实施方案的特征的各种适应性改变和组合在所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种远程操作的手术系统，其包括：

手动可移动的部件，其经配置以当检测到所述部件的一个或更多个机械自由度的移动时产生一个或更多个信号；以及

检测模块，其联接到所述部件并且经配置以使用所述一个或更多个信号识别所述部件的不受控制的移动，其中所述检测模块响应于识别所述部件的不受控制的移动而命令所述系统从操作模式切换到安全模式。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述部件包括主控制器；

所述系统进一步包括从设备；

所述操作模式包括跟随模式，其中所述从设备响应于所述主控制器的移动而移动；以及

所述安全模式包括所述从设备保持在其位置并且不响应于所述主控制器的移动而移动的模式。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述检测模块响应于识别所述主控制器的不受控制的移动而命令所述系统切换到所述安全模式。

4.根据权利要求2所述的系统，其中仅当所述主控制器的不受控制的移动被预期致使所述从设备移动到安全移动范围之外时，所述检测模块命令所述系统响应于识别所述主控制器的所述不受控制的移动，而从操作模式切换到安全模式。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述部件是从设备的一部分；

所述操作模式包括允许所述部件的手动移动的离合模式；以及

所述安全模式包括防止所述部件的手动移动的模式。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述部件包括远程操作的仪器操纵器。

7.根据权利要求1所述的系统，其中识别所述部件的不受控制的移动包括确定所述一个或更多个信号指示受重力影响的所述部件的机械自由度已经移动，且不受重力影响的所述部件的机械自由度没有移动。

8.一种远程操作的手术系统，其包括：

主控制器；以及

从设备，其通过控制系统联接到所述主控制器；

其中在所述手术系统的跟随模式期间，所述从设备响应于所述主控制器的手动移动而移动；以及

其中所述控制系统的检测模块经配置以在检测到所述主控制器不在所述手术系统的用户的手动控制下时，命令所述手术系统退出所述跟随模式。

9.根据权利要求8所述的手术系统，其中如果检测到所述主控制器的不受控制的移动，则所述检测模块经配置以命令所述手术系统退出所述跟随模式。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其中仅当所述主控制器的所述不受控制的移动被预期致使所述从设备移动到安全移动范围之外时，所述检测模块经配置以命令所述手术系统退出所述跟随模式。

11.根据权利要求8所述的手术系统，其中如果所述检测模块检测到受重力影响的所述主控制器的机械自由度已经移动，且不受重力影响的所述主控制器的机械自由度没有移动，则所述检测模块经配置以命令所述手术系统退出所述跟随模式。

12.一种方法，其包括：

测量医疗设备的手动可移动的部件的移动，所述部件具有多个可移动的机械自由度；

使用关于所述多个可移动的机械自由度的移动的信息来识别所述部件的不受控制的移动；以及

响应于所述识别的不受控制的移动而命令所述医疗设备进入安全模式。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

测量所述手动可移动的部件的所述移动包括检测主控制器的移动；以及

命令所述医疗设备进入所述安全模式包括命令所述医疗设备从其中从设备响应于所述主控制器的移动而移动的模式转换到其中不允许所述从设备移动的模式。

14.根据权利要求13所述的方法，其中识别所述部件的所述不受控制的移动包括识别所述主控制器的不受控制的移动。

15.根据权利要求13所述的方法，其中识别所述部件的所述不受控制的移动包括识别被预期致使所述从设备移动到安全移动范围之外的所述主控制器的不受控制的移动。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述部件是从设备的一部分，并且其中命令所述医疗设备进入所述安全模式包括命令所述医疗设备从允许所述部件的手动移动的模式转换到不允许所述部件的手动移动的所述安全模式。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述从设备的所述部件包括远程操作的仪器操纵器。

18.根据权利要求12所述的方法，其中识别所述不受控制的移动包括确定受重力影响的所述部件的机械自由度已经移动，并且不受重力影响的所述部件的机械自由度没有移动。